A Evolução Das máquinas térmicas

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO - UEMA

CENTRO DE ESTUDOS SUPERIORES DE CAXIAS - CESC

DEPARTAMENTO DE FÍSICA E MATEMÁTICA - FISMAT

CURSO DE LICENCIATURA EM FÍSICA

A EVOLUÇÃO DAS MÁQUINAS TÉRMICAS.

CAXIAS-MA

2013

ARLANNA KAROLYNE SARAIVA SILVA

A EVOLUÇÃO DAS MÁQUINAS TÉRMICAS.

Projeto de pesquisa apresentado à Direção do Curso de Física Licenciatura, Departamento de Física e Matemática, do Centro de Estudos Superiores de Caxias (CESC-UEMA) como pré-requisito parcial para a realização do TCC.

Orientador (a): Prof. Esp. Ediomar Serra

CAXIAS-MA

2013

IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO

1.1- Título

A evolução das máquinas térmicas.

1.2- Orientador

Profº. Esp. Ediomar Serra

1.3- Acadêmico

Arlanna Karolyne Saraiva Silva

1.4- Unidade de execução

Universidade Estadual do Maranhão - UEMA

Centro de Estudos Superiores de Caxias - CESC

Departamento de Física e Matemática - FISMAT

1.5- Período de execução

Agosto de 2013 à Dezembro de 2013.

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 05

2 JUSTIFICATIVA 07

3 OBJETIVOS 08

3.1 Objetivo Geral 08

3.2 Objetivos Específicos 08

4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 09

5 METODOLOGIA DE PESQUISA 10

6 CRONOGRAMA 11

7 REFERÊNCIAS 12

1. INTRODUÇÃO

A ciência da termodinâmica surgiu pela necessidade de aperfeiçoar o funcionamento das primeiras máquinas a vapor, de que é exemplo a máquina de Newcomen construída no princípio do século XVIII.

As máquinas térmicas apresentam um dispositivo capaz de converter calor em trabalho útil, onde a energia flui para um sistema na forma de calor e uma desta energia deixa o sistema como trabalho realizado sobre a vizinhança, (RESNICK; HALLIDAY; KRANE, 1991).

A compreensão teórica da máquina térmica foi desenvolvida por Carnot no início do século XIX, aproximadamente, seis décadas depois da sua criação. Essa abordagem teórica resultou no teorema de Carnot que além de fundamentar o funcionamento das máquinas térmicas, revela as limitações naturais da conversão de calor em trabalho mecânico. (GASPAR, 2005)

O teorema de Carnot rege o funcionamento das máquinas térmicas, denominadas máquinas de Carnot e que desenvolvem transformações reversíveis, resultando num processo cíclico – ciclo de Carnot. Estes ciclos refletem as condições em que se desenvolve a proposta de Carnot e correspondem as ideias mais elementares da sua teoria (GASPAR, 2005).

Esse ciclo consta de quatro transformações que se dão alternadamente: duas adiabáticas e duas isotérmicas, que são, assim como o ciclo, reversíveis. Quando percorrido no sentido horário, o trabalho é positivo e medido pela área do ciclo.

Portanto, o rendimento do ciclo de Carnot é função exclusiva das temperaturas absolutas das fontes quente e fria e não depende das substâncias que foram trabalhadas.

O ciclo corresponde ao máximo rendimento de uma máquina térmica operando entre as temperaturas T1 (fonte quente) e T2 (fonte fria). Há ciclos teóricos reversíveis que podem ter rendimento igual ao do ciclo de Carnot, porém nunca maior, já que este é o máximo rendimento possível para uma máquina térmica. Este rendimento nunca pode chegar a 100%, pois para ela deveria operar entre fonte quente e uma fonte fria à 0K, o que é irrealizável na prática, além de contrariar a Segunda Lei da Termodinâmica, pois converteria calor em trabalho (VAN WYLEN, 1973).

A Segunda Lei da Termodinâmica determina limites fundamentais para a eficiência de uma máquina térmica, sendo diretamente relevante para muitos problemas práticos importantes. De Acordo com a Segunda Lei da termodinâmica, nas transformações naturais, a energia se "degrada" de uma forma organizada para uma desordenada, isto é, a energia térmica. E por essa lei, a energia térmica circula de regiões mais quentes para as mais frias.

A termodinâmica tem um papel essencial no projeto e análise de motores de automóveis e de aviões a jato, de centrais térmicas convencionais e nucleares, de sistemas de ar condicionado, de máquinas frigoríficas, etc. Sendo uma das aplicações mais frequentes das máquinas térmicas os motores a combustão interna, como os motores há quatro tempos.

2. JUSTICATIVA

Desde seu nascimento como ciência, a Física tem tido como propósito descrever, interpretar e prever fenômenos naturais. Neste percurso